Saludos estimados amigos de Hive.
Y sobre los recubrimientos metálicos he querido ampliar el tema a propósito de que en mi anterior post les mostré un sencillo experimento sobre el proceso de galvanización. Por lo que en esta oportunidad quiero ocuparme en explicar cómo esta capa de zinc depositada sobre el acero ayuda a proteger el material de la corrosión.
Corrosión del hierro
Como muy bien sabemos, un elemento de acero o hierro expuesto al ambiente se oxida y se va deteriorando; esta es la forma más común de corrosión, es decir, la reacción que sufren los metales en contacto con el aire y el agua (en forma de humedad) presentes en el ambiente.
El hierro, y otros metales, por lo general se corroen por medio de un proceso electroquímico que implica el flujo de electrones. Entonces, para que se produzca el proceso, son necesarios cuatro componentes:
- Ánodo (electrodo negativo)
- Cátodo (electrodo positivo)
- Conductor metálico
- Electrolito (que puede ser agua o una disolución)
En la superficie del acero, existen pequeñas irregularidades o discontinuidades en la composición en las que se establecen pequeñas diferencias de potencial eléctrico, lo que da lugar a la formación de zonas que funcionan como pequeñas celdas electrolíticas compuestas de ánodos y cátodos, en la siguiente imagen se muestra una representación de una de estas celdas.
Entonces, la superficie del acero funciona como ánodo (donde se produce la oxidación) y el hierro metálico pierde dos electrones y cambia su estado de oxidación a Fe(II), según la siguiente reacción:
Y la región adyacente al acero funciona como cátodo, y en esta región los electrones del hierro son transferidos al oxígeno:
Como resultado de la diferencia de potencial establecido en la pequeña celda, los electrones fluyen del ánodo al cátodo, y los átomos de hierro que se encuentran en la región del ánodo se convierten en cationes (o iones cargados positivamente); estos cationes atraen reaccionan para formar el óxido, la reacción global se puede describir dela forma siguiente:
Y a medida que las regiones anódicas corroen el material, la capa de óxido se desprende y las áreas que no están corroídas serán ahora atacadas, y el proceso continuará hasta que se consuma todo el acero.
Protección de barrera
Como vemos, la oxidación del acero comienza en la superficie del elemento, así que una manera para evitarla es aplicar una barrera que cubra la pieza de metal. En este caso es cuando aplicamos una capa de pintura que provee una protección impermeable sobre el artículo. Sin embargo, hay elementos donde aplicar una capa de pintura no es posible, como por ejemplo los tornillos.
Entonces, un fino recubrimiento galvanizado también provee de una capa protectora al desarrollar una pátina estable sobre la superficie del material. Esta pátina está compuesta de óxidos, hidróxidos y algunas sales zinc, dependiendo del medio donde se desarrolle. Y una vez que esta pátina se estabiliza provee protección también al recubrimiento galvanizado, con lo que disminuye considerablemente el proceso de corrosión.
La pátina de zinc comienza a desarrollarse al exponer el recubrimiento al ambiente, formando una capa de óxido de zinc sobre la superficie del material.
Posteriormente, esta capa de óxido reacciona con el agua de la humedad del aire o la lluvia dando lugar a hidróxido de zinc, que a su vez reacciona con el dióxido de carbono contenido en el aire, formando así una película insoluble y fuertemente adherida.
La ventaja de esta patina protectora sobre la capa de pintura que solemos añadir para proteger los metales, es que la pintura convencional se va degradando por acción de la radiación solar y se desprende por impactos o por abrasión, dejando desprotegido al material base, con lo que puede avanzar la corrosión así sea por una pequeña zona desprotegida, lo que incluso permite que la corrosión avance debajo de la capa de pintura sin ser detectada. En cambio, el galvanizado no se deteriora bajo la acción del sol, y si la pátina protectora se desprende por acción mecánica esta se restituye nuevamente siempre que haya zinc sobre la superficie.
Protección contra la corrosión galvánica
La corrosión galvánica es un fenómeno electroquímico que se produce cuando dos metales diferentes en contacto directo se sumergen en un medio electrolítico o ambiente húmedo; si estos metales tienen diferentes potenciales de electrodo, el metal menos noble tiende a corroerse más rápido protegiendo al otro metal. Es algo muy común que vemos cuando se unen tornillos comunes a láminas de acero inoxidable, observamos una corrosión acelerada de los tornillos. En este caso, se dice que el metal menos noble (el que se oxida más rápido) se usa como ánodo de sacrificio, ya en muchas estructuras se aprovecha esta propiedad instalando un metal que sufra el ataque de la corrosión en lugar del metal que nos interesa proteger.
Una ventaja del galvanizado es que también funciona como un sistema de protección por sacrificio. Cuando el revestimiento de zinc se fisura o rompe por algún corte o daño a la superficie, las pequeñas áreas del acero que son expuestas son protegidas de la corrosión por el revestimiento circundante, no es necesario aplicar un retoque o hacer alguna reparación.
En presencia de un electrolito (como un ambiente húmedo o el agua de mar), el revestimiento de zinc y el acero de una pieza de acero galvanizado desarrollan diferencias de potencial eléctrico, con lo que se forma una celda electrolítica; y como el zinc es más activo electroquímicamente, este se convierte en el ánodo de la celda, en lugar de que se formen pequeñas zonas anódicas y catódicas en la superficie del acero.
Se corroe preferentemente que el acero base, impidiendo la corrosión de las pequeñas áreas que pueden estar expuestas; y esta protección de sacrificio continuara mientras permanezca parte del recubrimiento circundante.
Según la serie galvánica mostrada en la imagen anterior, mientras más arriba en la serie, el metal es más noble y capaz de corroer a los que están debajo de él en la serie. Así, ya que el zinc está más abajo en la serie que el acero, este es quién sufre el ataque de la corrosión.
Mecanismo de la protección catódica
Cuando el zinc y el acero estan en contacto en un medio electrolítico, se establece una diferencia de potencial entre ambos metales y se forma una celda galvánica. Y como el zinc es más activo (como se mostró en la serie galvánica) asume el papel del ánodo en esta celda.
Entonces, como producto de esta diferencia de potencial entre ambos metales, los electrones fluyen desde el zinc (que actúa como ánodo de la celda) hacia el acero (cátodo), y los átomos de zinc se oxidan a Zn(II).
Estos cationes zinc en la superficie atraen y reaccionan con los iones hidroxilo presentes en el electrolito, formando hidróxido de zinc como ya habíamos comentado, consumiendo muy lentamente el zinc pero a la vez proveyendo de la capa protectora.
En la superficie del acero (cátodo) los electrones atraen y reaccionan con los iones hidroxilos del electrolito, liberando gas hidrogeno; por lo que no se produce una reacción entre el acero y el electrolito, es decir, el cátodo queda protegido por la reacción en el ánodo, lo que se conoce como protección catódica.
Cuando se produce una discontinuidad en el revestimiento de zinc producto de una ralladura o golpe, y expone el acero base, la protección catódica que el zinc proporciona al acero entra en acción y asegura que el acero expuesto no se oxide.
El lado negativo del galvanizado es que la pátina protectora que ofrece el zinc es susceptible de disolverse cuando el medio es lo suficientemente húmedo y ácido, por lo que hay que ser cuidadoso cuando se elige su aplicación, ya que irremediablemente como protección de sacrificio el zinc se consumirá y el material base será alcanzado por la corrosión.
Como ven, los revestimientos metálicos nos ayudan a proporcionarle al acero una muy necesaria protección contra corrosión; y en esto, el revestimiento de zinc como protección de sacrificio ofrece una capacidad inigualable al ofrecer tanto una protección de barrera como una protección catódica en las áreas expuestas, dando como resultado una excelente combinación entre la resistencia del acero y la prolongada vida útil que le proporciona el recubrimiento de zinc.
Bueno amigos, hasta aquí el presente post, espero que les haya gustado la información presentada y les sea de utilidad, muchas gracias por pasar a leer, hasta el próximo!
Referencias
Wikipedia.com. Corrosión
Wikipedia.com. Serie galvánica.
Las formulas, reacciones y estructuras químicas indicadas fueron elaboradas por el autor en Microsoft PowerPoint.
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